Fotodiodos

Os fotodiodos tˆem uma construc¸˜ao semelhante a dos diodos de junc¸˜ao. A junc¸˜ao PN ´e polarizada inversamente e, portanto, circula uma corrente no diodo, a conhecida corrente de saturac¸˜ao. A corrente de saturac¸˜ao ´e uma corrente de portadores minorit´arios, isto ´e, el´etrons no tipo P e buracos no tipo N. Quando um feixe luminoso incide na regi˜ao de deplec¸˜ao, s˜ao quebradas ligac¸˜oes covalentes, aumentando a concentrac¸˜ao dos portadores minorit´arios e,

consequentemente, provocando o aumento da corrente de saturac¸˜ao. Essa corrente atua no circuito associado ao fotodiodo.

Normalmente o fabricante fornece gr´aficos que indicam a variac¸˜ao da corrente de saturac¸˜ao em func¸˜ao da tens˜ao reversa aplicada ao diodo, tendo como parˆametro o fluxo luminoso que incide sobre a junc¸˜ao ou o iluminamento da mesma (NETO et al., 2003).

A figura 20 apresenta um exemplo de um fotodiodo.

Figura 20: Exemplo de um fotodiodo. Fonte: (TECHTONICS, 2016)

Segundo Braga (2012), diodos tem uma caracter´ıstica importante: a sua velocidade de resposta muito alta, que permite detectar pulsos de luz ou sombra muito r´apidos, alcanc¸ando frequˆencias de dezenas ou mesmo centenas de mega-hertz.

3.7 ENCODERS

O encoder ´e um dispositivo que conta ou reproduz pulsos el´etricos ao rotacionar o seu eixo e tamb´em ´e chamado de transdutor. Ele converte um movimento angular ou linear em uma s´erie de pulsos digitais el´etricos. Esses pulsos gerados podem ser usados para determinar velocidade, taxa de acelerac¸˜ao, distˆancia, rotac¸˜ao, posic¸˜ao ou direc¸˜ao.

A convers˜ao desses movimentos em pulsos el´etricos ´e feita atrav´es da detecc¸˜ao fotoel´etrica, onde uma s´erie de pulsos s˜ao gerados pela passagem da luz em um disco opaco, com v´arias aberturas transparentes. O receptor detecta a luz enviada pelo emissor e tamb´em a falta de luz, gerando assim os pulsos digitais (0 e 1) (HEISS, 2012).

Os encoders s˜ao usados principalmente em:

• Eixos de m´aquinas ferramentas CN (Controle Num´erico) e CNC (Controle Num´erico Computadorizado);

• Eixos de robˆos;

• Controle de velocidade e posicionamento de motores el´etricos;

• Posicionamento de antenas parab´olicas, telesc´opios e radares;

• Mesas rotativas.

Apesar de todos os encoders serem muito parecidos, por usarem a mesma forma de detecc¸˜ao fotoel´etrica e a sua construc¸˜ao tamb´em ser parecida, podem ser divididos em dois grupos: encoder incremental e encoder absoluto.

3.7.1 Encoder Incremental

O encoder incremental fornece dois pulsos quadrados defasados em 90◦, chamados de canais, como representado na figura 21. Para aferir a sua variac¸˜ao angular, tamb´em conhecida por resoluc¸˜ao do encoder, utiliza-se a quantidade de pulsos el´etricos por volta (360◦) que ´e gerada pelo dispositivo. A equac¸˜ao 3.7 apresenta este c´alculo.

Figura 21: Encoder incremental. Fonte: (HEISS, 2012)

variac¸˜ao angular = 360 ◦

n´umero de pulsos el´etricos (3.7)

Atrav´es desse c´alculo, e dos resultados obtidos nos dois canais ´e poss´ıvel saber a velocidade e o sentido de rotac¸˜ao do eixo.

H´a tamb´em no encoder incremental um terceiro canal chamado de ponto zero, que marca a origem do encoder. Esse canal permite que, em caso de queda de tens˜ao, o encoder volte a posic¸˜ao zero.

3.7.2 Encoder Absoluto

Com o princ´ıpio de funcionamento muito semelhante ao do incremental, o encoder absoluto difere do anterior por possuir v´arios sensores fotoel´etricos para fazer a leitura das v´arias trilhas do encoder, como pode ser observado na figura 22.

Figura 22: Encoder absoluto. Fonte: (HEISS, 2012)

As leituras dos sensores combinadas formam um c´odigo ”bin´ario” para cada posic¸˜ao, o que permite ao encoder absoluto sempre saber a sua posic¸˜ao sem precisar voltar `a posic¸˜ao zero, mesmo que a tens˜ao de alimentac¸˜ao caia.

O c´odigo ´e extra´ıdo diretamente do disco, no entanto, no momento da aquisic¸˜ao da posic¸˜ao, pode haver erro, pois mais de um bit pode variar entre c´odigos consecutivos, como, por exemplo, de 7 para 8, em bin´ario, de 0111 para 1000. Para solucionar esse problema, um c´odigo

bin´ario espec´ıfico, chamado de C´odigo Gray, ´e adotado. Como diferencial, na comutac¸˜ao de um n´umero para outro, somente um bit ´e alterado. Nesse caso o n´umero 7 seria 0100 e o 8 seria 1100.

3.8 PROGRAMAC¸ ˜AO C

De acordo com Kernighan e Ritchie (1989), a linguagem de programac¸˜ao C ´e estreitamente associada ao sistema operacional UNIX. Sua finalidade ´e permitir uma economia de express˜oes, modernos fluxos de controle e estruturas de dados. Inicialmente, seu foco foi o desenvolvimento de sistemas operacionais e compiladores.

A linguagem C ´e, relativamente, de ”alto n´ıvel”. Esta caracterizac¸˜ao diz que C manipula o mesmo tipo de objetos que a maioria dos computadores, tais como caracteres, n´umeros e enderec¸os. Podem ser combinados e manipulados com os operadores aritm´eticos e l´ogicos usuais implementados pelas m´aquinas atuais (KERNIGHAN; RITCHIE, 1989).

No in´ıcio dos anos 80, a linguagem C passou a ser reconhecida como uma linguagem de prop´osito geral e contava com diversos compiladores desenvolvidos por v´arios fabricantes. Isso fez com que fosse criada uma padronizac¸˜ao pela ANSI (American National Standard Institute) em 1989. H´a tamb´em vers˜oes de compiladores pr´oprias de cada fabricante, por´em a maioria oferece uma opc¸˜ao de compatibilidade com o padr˜ao ANSI C (KERNIGHAN; RITCHIE, 1989).

3.9 MICROCONTROLADOR

Um microcontrolador, ou microprocessador, pode ser comparado a um computador, pois ambos s˜ao dispositivos eletrˆonicos destinados a realizar tarefas a partir de uma linguagem de comando espec´ıfica (NICOLOSI, 2002). De acordo com Silveira (2011), a palavra microcontrolador ´e utilizada para indicar um sistema que inclui uma UCP (Unidade Central de Processamento), mem´oria e circuitos de entrada e sa´ıda, formando assim um conjunto acoplado a um circuito integrado.

O barramento que conecta o circuito interno dos microcoprocessadores podem ser de 8, 16 ou 32 bits, ou seja, os componentes internos podem se comunicar atrav´es de informac¸˜oes de 8, 16 ou 32 bits de tamanho. Funcionam seguindo uma lista de instruc¸˜oes armazenadas em forma de c´odigos bin´arios numa mem´oria de programa interna. Essas instruc¸˜oes s˜ao obtidas da mem´oria, decodificadas por circuitos l´ogicos internos `a UCP e ent˜ao executadas (SILVEIRA,

2011).

A UCP ´e um segmento do microcontrolador respons´avel pelas operac¸˜oes matem´aticas e pelas operac¸˜oes l´ogicas, como AND, OR e NOT. A mem´oria interna dos microcontroladores pode ser dividida em dois tipos: a primeira, chamada de ROM (Read-only Memory), ´e a mem´oria de programa que armazena as instruc¸˜oes do programador e as executa; a segunda, chamada de RAM (Random Access Memory), ´e a mem´oria de dados que armazena as informac¸˜oes trocadas de forma tempor´aria entre a UCP e os circuitos internos diversos (SILVEIRA, 2011).

De acordo com Silveira (2011):

”Os microcontroladores s˜ao alimentados com uma tens˜ao padr˜ao de 5 volts. Muitos podem operar com tens˜oes de 2 volts e outros com at´e 6 volts. Todos os microcontroladores necessitam de um circuito de rel´ogio (clock) para sincronizac¸˜ao de seus circuitos internos que normalmente s˜ao mantidos por um cristal ou ressonador cerˆamico externo. A maioria dos pinos de um microcontrolador s˜ao usados para entrada e sa´ıda de dados, s˜ao os chamados Ports.”

Os microcontroladores tendem a abranger cada vez mais suas utilizac¸˜oes, pois estes podem ser teoricamente integrados a todos os produtos eletrˆonicos existentes atualmente.

3.10 C ´ALCULO DE VAZ ˜AO

A medic¸˜ao da vaz˜ao ´e essencial a todas as fases da manipulac¸˜ao dos fluidos (RIBEIRO, 2012). A vaz˜ao pode ser definida como sendo a quantidade volum´etrica ou m´assica de um fluido que escoa atrav´es de uma sec¸˜ao de tubulac¸˜ao ou canal por unidade de tempo (BRUNETTI, 2008).

A forma mais b´asica de calcular a vaz˜ao de um fluido ´e por meio da vaz˜ao volum´etrica. Segundo Brunetti (2008), a vaz˜ao volum´etrica (equac¸˜ao 3.8) ´e definida como a quantidade em volume que escoa atrav´es de uma secc¸˜ao em um intervalo de tempo. As unidades volum´etricas mais comuns s˜ao: m3/s (metro c´ubico por segundo), m3/h (metro c´ubico por hora), l/h (litro por hora), l/min (litro por minuto), GPM (gal˜oes por minuto) e Nm3/h (normal metro c´ubico por hora).

Q=V

t (3.8)